JPS60955B2 - 静電誘導サイリスタおよびその製造方法 - Google Patents

静電誘導サイリスタおよびその製造方法

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JPS60955B2
JPS60955B2 JP1307878A JP1307878A JPS60955B2 JP S60955 B2 JPS60955 B2 JP S60955B2 JP 1307878 A JP1307878 A JP 1307878A JP 1307878 A JP1307878 A JP 1307878A JP S60955 B2 JPS60955 B2 JP S60955B2
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善則 行本
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Mitsubishi Electric Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1066Gate region of field-effect devices with PN junction gate

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は静電譲導サイリスタおよびその製造方法に係
り、特に静電譲導サィリスタの主電極とゲート電極との
耐圧の向上を図りその順阻止電圧の増大を図るための改
良に関するものである。
従来「スイッチング素子としてバィポーラトランジスタ
やゲートターンオフサィリスタなどの電流制御素子が使
用されていた。ところで、この電流制御素子の動作特性
の高速化を図るためには、そのトランジスタのベースに
相当する領域の厚さを薄くして、この領域への電流の注
入および引出し能力の増大を図る必要がある。しかしな
がら、この厚さの厚い領域からの電流の引出し能力に限
度がある上に、この領域におけるキャリャの蓄積効果に
よってスイッチング速度にも限度があるので、上記電流
制御素子では、特に高電圧動作素子においてその動作特
性の高速化を図ることが容易ではなかった。そこで、こ
の欠点を解決するために、静電誘導による電界効果作用
によってキャリャを高速度にしや断できる静電譲導サィ
リスタが提案されている。第1図は従来の静電誘導サィ
リスタを説明するための断面図である。
図において「 1はn‐形基板ら 2はn‐形基板1の
第1の主面の一部に互いに所定間隔へだてて設けられた
p+形領域「 3はn−形基板1の第1の主面にp+形
領域2に沿いこれをはさんで設けられたn+形領域、4
はn‐形基板1の第2の主面に設けられたp+形領域で
ある。
上記静電誘導サィリスタはp+形領域4をァノード領域
とし、n十形領域3をカソード領域とし、p+形領域2
をゲート領域とし、これらの領域4,3,2を除くn‐
形基板1をチャンネル領域として構成されている。この
ように構成された静電誘導サィリスタでは、そのカソー
ド・アノード間電流をしや断する場合には、ゲート・カ
ソード間に逆バイアス電圧を印加すると、破線Aで例示
するように、空乏層がn‐形基板1のチャンネル領域内
に拡がり、上記カソード・アノード間電流がしや断され
る。この空乏層はゲート領域であるp+形領域2からの
静電誘導効果によるためその拡がり速度が高速である。
次に、カソード・アノード間に通電する場合には、ゲー
ト・カソード間に印放されていた逆バイアス電圧を取去
るか、またはゲート・カソード間に順バイアス電圧を印
加することによって、上記破線Aで例示した空乏層は縮
少されカソード領域であるn+形領域3から電子が注入
され、アノードであるp十形領域4から正孔が注入され
るようになる。これらの注入された電子および正孔がそ
れぞれ通常のダイオードと同様にアノード領域およびカ
ソード領域に流れ込み、カソ−ド・アノード間に電流が
流れる。このように、上記静電誘導サィリスタの通電お
よびそのしや断が静電誘導作用によるため高速である。
しかしながら、上記静電誘導サィリスタにはカソード・
ゲート間の耐圧(BVGK)が低いという欠点があった
すなわち、カソード・ゲート間の逆バイアス電圧(VG
K)の最大値と電圧増幅率仏との積がアノード・カソー
ド間の順阻止電圧の最大値(VGKmax)を決定する
ので、この順阻止電圧の高い静電誘導サィリス夕を得る
には、カソード・ゲート間の耐圧(BVGK)を大きく
する必要がある。このために、カソード・ゲート間の距
離を大きくする必要があるが、このカソード・ゲート間
の距離を大きくすると電圧増幅率仏が低下するとともに
、カソード・アノード間の電流通路を閉じるために要す
るカソード・ゲート間に印加する逆バイアス電圧も高く
なる。この発明は、上述の欠点に鑑みてなされたもので
、主電極領域とゲート領域との間に酸化膜を設けること
によって、上記主電極領域とゲート領域との耐圧の向上
を図り順阻止電圧の高い静電誘導サィリスタを提供する
ことを目的とする。
第2図a〜fはこの発明による静電誘導サィリスタの一
実施例を説明するためにその各作成段階を示す断面図で
ある。
先ず、n‐形基板1の一方の主面に気相成長法、p形不
純物の拡散法もしくはp形不純物イオンの注入法により
P十形アノード領域4を形成する。
このp十形アノード領域4のp形不純物濃度はn‐形基
板1のn形不純物濃度に比べ十分高いことが望ましい。
次に、n‐形基板1の他方の主面上に所定パターンの酸
化膜5を設ける〔第2図a〕。次に、酸化膜5をマスク
としてn‐形基板1の主面にp形不純物を選択拡散して
p+形ゲート領域2を形成する。
このとき、上記n‐形基板1の主面に酸化膜51が新し
く形成される〔第2図b〕。次いで、p十形ゲート領域
2上の酸化膜51の厚さが所望の厚さになるように薄く
したのち、酸化膜51以外の酸化膜5を除去し、酸化膜
51上を含み『形基板1の主面上に気相成長法によりn
‐形成長層を成長させる。
このとき、n‐形基板1の主面上にはn‐形単結晶層1
1が形成され、酸化膜51上にはn‐形多結晶層22が
形成される〔第2図c〕。このn‐形多結晶層22の気
相成長時の気相エッチングにより酸化膜51がほとんど
残存しないように酸化膜51の膜厚の初期値を薄く設定
することによって、n‐形多結晶層22とp+形ゲート
領域2とを電気的に接続することができる。この酸化膜
51の膜厚の初期値は気相成長条件によって異なるが、
これを実験的に設定することができる。次に、n‐形単
結晶層11とn‐形多結晶層22との境界部をまたいで
その両側の表面の一部を露出させた酸化膜52をn−形
単結晶層11上およびn‐形多結晶層22上に形成する
しかるのち、水酸化カリウムなどのアルカリ性水溶液中
でn‐形単結晶層11およびn−形多結晶層22の露出
面とこの露出面に対向させた白金電極板との間に電流を
流す周知の方法によって、n‐形単結晶層11とn−形
多結晶層22との境界部をはさんでその両側の一部を多
孔質層6にする〔第2図d〕。
.次に、多孔質層6にはその酸化速度が多孔
質化されない層に比べて1ぴ音以上大きいという特徴が
あるので、この特徴を利用して多孔質層6を酸化膜53
に変換する〔第2図e〕。最後に、n‐形多結晶層22
上の酸化膜52を除去し、p形不純物をn‐形多結晶層
22に拡散してp+形多結晶層23に変換し、次いで、
n‐形単結晶層11上の酸化膜52を除去し、n形不純
物をn−形単結晶層11に導入してn十形カソード領域
3を形成する。
しかるのち、p十形ァード領域4、n十形カソード領域
3、およびp十形多結晶層23のそれぞれの表面に金属
蒸着膜を被着して、アノード電極71、カソード電極7
2、およびゲート電極73を形成して、この実施例の静
電誘導サィリスタが作成される。このように作成された
静電誘導サィリスタでは、多孔質層6の酸化速度の極め
て大きいことを利用して微細パターンの酸化膜53を容
易に作成することができるとともに、n十形カソード領
域3とp十形多結晶層23との形成時、およびカソード
電極72とゲート電極73との形成時において、酸化膜
53を自己整合的に利用することができる。
このために、微細パターンの静電譲導サィリスタでも作
成することが可能である上に、n十形カソード領域3と
p十形ゲート領域2との間に酸化膜53が介在するので
、n+形カソード領域3とp+形ゲート領域2との間の
距離を大きくすることなくカソード・ゲート間の耐圧(
BVGK)を大きくすることができる。
また、第2図dに示した段階において多孔質層6のn‐
形多結晶層22の表面からの厚さを厚くして、第2図e
に示した段階においてこの厚さを厚くした多孔質層を酸
化して得られる酸化膜のn‐形多結晶層22の表面から
の厚さをn‐形多結晶層22の厚さより厚くすれば、カ
ソード・ゲート間の最短距離が一層大きくなって、上記
耐圧(BVGK)が一層大きくなる。よって、上記耐圧
(BVGK)を大きくすることにより静電誘導サィリス
タの順阻止電圧の増大を図ることができる。
例えば、第1図に示した従来例においてn‐形基板1の
抵抗率を1000一肌としp+形ゲート領域2の厚さを
20〜30仏机とした場合の上記耐圧(BVGK)がl
ow前後であったが、この実施例においては、n+形カ
ソード領域3とp十形ゲート領域2との間に酸化膜53
が介在するので、上記従来例の場合と同一条件の場合の
上記耐圧(BVGK)を200V以上にすることができ
る。
上記実施例では、n‐形多結晶層22の形成に所定厚さ
の酸化膜51を設けたが、必ずしも酸化膜51を設ける
必要がなく、この他の絶縁膜を設けてもよい。また、酸
化膜53を形成するのに、酸化膜52をマスクとして多
孔費層6を形成し、この多孔質層6を酸化膜53に変換
したが、必ずしもその必要がなく、酸化膜52のかわり
に窒化膿などの絶縁膜を用いこれをマスクとする選択酸
化によって酸化膜53を形成するようにしてもよい。な
お、上記実施例では、n−形基板を用いる場合について
説明したが、p‐形基板を用いる場合には上詑実施例の
n形をp形にp形をn形にすればよい。
以上、説明したように、この発明の静電誘導サィリスタ
では、第1の主電極領域とゲート領域との間に酸化膜が
設けてあるので、上記第1の主電極領域とゲート領域と
の間の距離を大きくすることなく、すなわちカソード・
アノード間の電流通路を閉じるために要するカソード・
ゲート間に印加される逆バイアス電圧を高くすることな
く、上記第1の主電極領域とゲート領域との間の耐圧の
向上および浮遊容量の低下を図ることができるとともに
、上記ゲート領域を第1の主電極領域より半導体基体内
に深く埋設するので、従来例より上記ゲート領域の電流
制御能力が向上し、日頃阻止電圧の増大を図ることがで
きる。
また、この発明による静電誘導サィリス夕の製造方法で
は、第1伝導形の低不純物濃度の半導体基板の第1の主
面の一部に第2伝導形の不純物を選択的に導入して形成
された所定パターンの高不純物濃度のゲート領域上に所
定厚さの絶縁膜を設け、気相成長法により上記絶縁膜上
に上記ゲート領域と導通した第1伝導形の低不純物濃度
の多結晶層を形成するとともに上記ゲート領域を除く半
導体基板の第1の主面上に第1伝導形の低不純物濃度の
単結晶層を形成する工程を備えているので、次のような
効果がある。
すなわち、上記気相成長法により上記絶縁膜上に不純物
拡散の容易な多結晶層を形成することができるとともに
、上記絶縁膜が上記結晶気相成長法によりほとんど残存
しないように、上記絶縁膜の膜厚の初期値を設定するこ
とによって、上記ゲ−ト領域と上記多結晶層とを容易に
電気的に接続するようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の静電誘導サィリスタを説明するための断
面図、第2図a〜fはこの発明による静電誘導サィリス
タの一実施例を説明するためにその作成段階を示す断面
図である。 図において、1はn‐形(第1伝導形)基板、11は単
結晶層、2はp+形(第2の伝導形)ゲート領域、22
はn‐形多結晶層、23はp十形多結晶層、3はn+形
カソード(第1の主電極)領域、4はp+形アノード(
第2の主電極)領域、5,51,52はそれぞれ酸化膜
(絶縁膜)、53は酸化膜、6は多孔質層、71,72
,73はそれぞれアノード電極、カソード電極、および
ゲート電極を示す。 なお、図中同一符号はそれぞれ同一もしくは相当部分を
示す。第1図 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1伝導形の低不純物濃度の半導体基板の第1の主
    面の一部に形成された第1伝導形の高不純物濃度の第1
    の主電極領域と上記半導体基板の第2の主面に形成され
    た第2伝導形の高不純物濃度の第2の主電極領域と上記
    第1、第2の主電極領域間にあり上記半導体基板の一部
    からなるチヤンネル領域を挟んで上記半導体基板内に埋
    設された第2伝導形の高不純物濃度のゲート領域とを具
    備し上記チヤンネル領域を流れる電流を上記ゲート領域
    により制御するものにおいて、上記第1の主電極領域と
    ゲート領域との間に酸化膜を設けるとともに上記ゲート
    領域から上記第1の主電極領域以外の上記半導体基板の
    第1の主面へ導出する第2伝導形の高不純物濃度の多結
    晶層を設けたことを特徴とする静電誘導サイリスタ。 2 酸化膜の半導体基板の第1の主面からの厚さを多結
    晶層の上記半導体基板の第1の主面からの厚さより厚く
    したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の静電
    誘導サイリスタ。 3 第1伝導形の低不純物濃度の半導体基板の第1の主
    面の一部に第2伝導形の不純物を選択的に導入して所定
    パターンの第2伝導形の高不純物濃度のゲート領域を形
    成するとともに上記半導体基板の第2の主面に第2伝導
    形の不純物の導入により第2伝導形の高不純物濃度の第
    2の主電極領域を形成する工程、上記ゲート領域上に所
    定厚さの絶縁膜を設け、気相成長法により上記絶縁膜上
    に上記ゲート領域と導通した第1伝導形の低不純物濃度
    の多結晶層を形成するとともに上記ゲート領域を除く半
    導体基板の第1の主面上に第1伝導形の低不純物濃度の
    単結晶層を形成する工程、上記多結晶層と単結晶層との
    境界部をはさんでその両側の一部を酸化膜にする工程、
    および上記第1伝導形の単結晶層の表面部に第1伝導形
    の不純物の導入により第1伝導形の高不純物濃度の第1
    の主電極領域を形成し上記第1の伝導形の多結晶層に第
    2伝導形の不純物の導入によりこれを第2伝導形の高不
    純物濃度の多結晶層にする工程を備えてなる静電誘導形
    サイリスタの製造方法。
JP1307878A 1978-02-07 1978-02-07 静電誘導サイリスタおよびその製造方法 Expired JPS60955B2 (ja)

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